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Electron pairs without superconductivity

Projektbeschreibung

Mechanismus der Supraleitung bei höheren Temperaturen entschlüsseln

Man geht davon aus, dass Supraleitung – die Fähigkeit bestimmter Materialien, elektrischen Strom praktisch ohne Widerstand zu leiten – darauf zurückzuführen ist, dass sich zwei Elektronen bei extrem niedrigen Temperaturen verbinden, anstatt sich gegenseitig abzustoßen. In einer früheren Studie wies das EU-finanzierte Projekt PairNoise nach, dass Elektronenpaare auch dann auftreten können, wenn das Material etwas weniger kalt ist – oberhalb der Supraleitfähigkeitstemperatur – und nicht als Halbleiter fungiert. Um dieses Phänomen weiter zu erforschen, zielt PairNoise nun darauf ab, ein völlig neues Elektronenpaar-Mikroskop zu konstruieren, das Rastertunnelmikroskopie und Schrotrauschspektroskopie kombiniert. Mit diesem Instrument werden die Forschenden außerdem bestimmen, ob einige der rätselhaftesten Eigenschaften von Quantenmaterialien auf die Paarung zurückzuführen sind, und herausfinden, wodurch die Supraleitung bei noch höheren Temperaturen begrenzt wird.

Ziel

My aim with this proposal is to develop an electron pair microscope that can locally detect electron pairs without superconductivity, and to leverage this information to gain unprecedented understanding into quantum materials.

The electronic properties of most materials, including metals and insulators, are underpinned by single electrons. Superconductors are a notable exception: here, the charge carriers are electron pairs. It has been proposed, in order to explain quantum materials’ mysterious and potentially useful properties, that electron pairs exist without superconductivity and underpin the properties of materials that are not superconducting. Indeed, tantalizing signatures of electron pairs have been reported in high-temperature and disordered superconductors above their transition temperature Tc. However, experimental evidence of such electron pairing is highly disputed and controversial, because there exists currently no experimental probe to locally distinguish electron pairs without superconductivity from single electrons.

With PairNoise, I will develop and build a radically new electron pair microscope – based on a unique proof-of-concept instrument developed in my group – that can unambiguously detect electron pairs with atomic resolution. It combines scanning tunnelling microscopy (STM), microfabrication, and shot-noise spectroscopy. With the electron pair microscope, I will determine the nature of the state above Tc in the most interesting superconductors, conclusively determine whether the pseudogap is due to pairing, and find what limits superconductivity at even higher temperatures in quantum materials.

My track record of developing first-of-its-kind STM instruments, and their successful utilization for scientific progress, perfectly positions me to make PairNoise a success and to open up a new research field with further applications in the detection of fractional charges, Majorana modes, and dynamical processes.

Programm/Programme

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Koordinator

UNIVERSITEIT LEIDEN
Netto-EU-Beitrag
€ 1 970 986,00
Adresse
Rapenburg 70
2311 EZ Leiden
Niederlande

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Region
West-Nederland Zuid-Holland Agglomeratie Leiden en Bollenstreek
Aktivitätstyp
Higher or Secondary Education Establishments
Links
Weitere Finanzmittel
€ 0,00